曲轴用非调质钢、曲轴锻件及其制备工艺转让专利
申请号 : CN201911021844.3
文献号 : CN110578096B
文献日 : 2021-04-30
发明人 : 刘年富 , 岳峰 , 周成宏 , 莫家让 , 王庆贺
申请人 : 广东韶钢松山股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种曲轴用非调质钢,其特征在于,所述非调质钢的组成按重量百分数计为:C
0.36‑0.39%,Si 0.50‑0.65%,Mn 1.35‑1.50%,P 0‑0.030%,S 0.040‑0.055%,Cr 0.16‑
0.25%,Mo 0.003‑0.20%,Al 0.008‑0.03%,N 0.010‑0.020%,余量为Fe和不可避免的杂质;
其中,碳当量满足条件:Ceq=C+Si/8+Mn/5+Cr/9,Ceq=0.75‑0.81%;所述非调质钢中不含有V和Ti。
2.根据权利要求1所述的曲轴用非调质钢,其特征在于,所述非调质钢的组成按重量百分数计为:Si 0.54‑0.62%,Mn 1.45‑1.50%,Cr 0.16‑0.20%,Mo 0.003‑0.05%,Al 0.008‑
0.01%,N 0.015‑0.020%;其中,Ceq=0.75‑0.79%。
3.一种曲轴用非调质钢,其特征在于,所述非调质钢的组成按重量百分数计为:C
0.36‑0.39%,Si 0.50‑0.65%,Mn 1.35‑1.50%,P 0‑0.030%,S 0.040‑0.055%,Cr 0.16‑
0.25%,Mo 0.003‑0.20%,Al 0.008‑0.03%,N 0.010‑0.020%,余量为Fe和不可避免的杂质;
其中,碳当量满足条件:Ceq=C+Si/8+Mn/5+Cr/9,Ceq=0.75‑0.81%;所述曲轴用非调质钢的淬透性为:J5mm 47‑52HRC,J9mm 35‑42HRC,J13mm 30‑36HRC;抗拉强度≥760MPa;伸长率A≥14%;带状组织≤2.0级;布氏硬度为220‑250HBW;所述非调质钢中不含有V和Ti。
4.根据权利要求3所述的曲轴用非调质钢,其特征在于,所述非调质钢的组成按重量百分数计为:Si 0.54‑0.62%,Mn 1.45‑1.50%,Cr 0.16‑0.20%,Mo 0.003‑0.05%,Al 0.008‑
0.01%,N 0.015‑0.020%;其中,Ceq=0.75‑0.79%。
5.一种曲轴用非调质钢的制备工艺,其特征在于,包括连铸得到铸坯:所述连铸中,结晶器电磁搅拌参数为620‑640A/2.5Hz,末端电磁搅拌参数为590‑610A/
3.5Hz,凝固末端轻压下7‑9mm;
其中,所述铸坯的材料按照重量百分数计,为C 0.36‑0.39%,Si 0.50‑0.65%,Mn 1.35‑
1.50%,P 0‑0.030%,S 0.040‑0.055%,Cr 0.16‑0.25%,Mo 0.003‑0.20%,Al 0.008‑0.03%,N
0.010‑0.020%,余量为Fe和不可避免的杂质;碳当量满足条件:Ceq=C+Si/8+Mn/5+Cr/9,Ceq=0.75‑0.81%。
6.根据权利要求5所述的曲轴用非调质钢的制备工艺,其特征在于,所述铸坯的材料按照重量百分数计,包括Si 0.54‑0.62%,Mn 1.45‑1.50%,Cr 0.16‑0.20%,Mo 0.003‑0.05%,Al 0.008‑0.01%,N 0.015‑0.020%;其中,Ceq=0.75‑0.79%。
7.根据权利要求5所述的曲轴用非调质钢的制备工艺,其特征在于,搅拌时,先沿正向搅拌10‑15s,再逆向搅拌8‑10s,再正向搅拌10‑15s,如此反复。
8.根据权利要求7所述的曲轴用非调质钢的制备工艺,其特征在于,所述连铸中,钢水温度控制在钢水过热度为15‑30℃内。
9.根据权利要求5所述的曲轴用非调质钢的制备工艺,其特征在于,所述连铸之后,还包括加热轧制的步骤:铸坯加热的温度为1200‑1280℃,铸坯加热的时间为200‑300min。
10.根据权利要求5所述的曲轴用非调质钢的制备工艺,其特征在于,所述连铸之前,还包括LF钢包炉精炼的步骤:精炼前期10min内喂入90‑110m的Al线进行脱氧,然后不再喂入Al线。
11.根据权利要求10所述的曲轴用非调质钢的制备工艺,其特征在于,所述LF钢包炉精炼之后,所述连铸之前,还包括RH真空脱气的步骤:其中,所述RH真空脱气之后,不喂入Ca线。
12.一种曲轴锻件,其特征在于,由权利要求1‑4任一项所述的曲轴用非调质钢制成,所述曲轴锻件的抗拉强度≥760MPa;伸长率A≥10%;金相组织包括铁素体和珠光体;贝氏体含量≤2%;铁素体含量≥10%;布氏硬度为220‑240HBW。
13.根据权利要求12所述的曲轴锻件,其特征在于,所述曲轴锻件的伸长率A≥12%;贝氏体含量≤1%;铁素体含量≥15%;布氏硬度为220‑235HBW。
14.一种曲轴锻件的制备工艺,其特征在于,包括如下步骤:加热:曲轴加热的温度为1200‑1260℃,曲轴加热的时间为30‑40s;
锻造:开锻温度为1170‑1230℃,终锻温度为970‑1030℃;
冷却:在空气中自然冷却;
其中,曲轴由权利要求1‑4任一项所述的曲轴用非调质钢制成。
说明书 :
曲轴用非调质钢、曲轴锻件及其制备工艺
技术领域
背景技术
成的,曲轴的两个重要部位是:主轴颈和连杆颈。主轴颈被安装在缸体上,连杆颈与连杆大
头孔连接,连杆小头孔与汽缸活塞连接,是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴在运转的过程中
要承受弯曲、扭转、剪切、抗压等应力。所以,曲轴的材料非调质钢的选择尤其重要。
Ti的加入会增加合金元素的种类,且曲轴用非调质钢的生产工艺复杂,成本高。
发明内容
0.055%,Cr 0‑0.25%,Mo 0‑0.20%,Al 0‑0.03%,N 0.010‑0.020%,余量为Fe和不可避
免的杂质。其中,碳当量满足条件:Ceq=C+Si/8+Mn/5+Cr/9,Ceq=0.75‑0.81%。
重,使用其获得的曲轴锻件在使用的过程中,避免由于曲轴的旋转质量造成曲轴的离心力
平衡负担;另一方面,可以使非调质钢的带状组织较小,晶粒细小,且淬透性合格,获得的曲
轴锻件的铁素体含量较高,基本不出现贝氏体,满足曲轴的钢强度和刚度性能要求。
Ceq=0.75‑0.79%。
0.055%,Cr 0‑0.25%,Mo 0‑0.20%,Al 0‑0.03%,N 0.010‑0.020%,余量为Fe和不可避
免的杂质。其中,碳当量满足条件:Ceq=C+Si/8+Mn/5+Cr/9,Ceq=0.75‑0.81%。曲轴用非
调质钢的淬透性为:J5mm 47‑52HRC,J9mm 35‑42HRC,J13mm 30‑36HRC;抗拉强度≥760MPa;
伸长率A≥14%;带状组织≤2.0级;布氏硬度为220‑250HBW。
度。获得的曲轴锻件具备足够的刚度和强度,耐磨损且润滑良好,可以有效改善曲轴锻件承
受气体压力、惯性力及惯性力矩的性能,更耐复杂工况下交变负荷的冲击。
Ceq=0.75‑0.79%。
3.5Hz,凝固末端轻压下7‑9mm。铸坯的材料按照重量百分数计,包括C 0.36‑0.39%,Si
0.50‑0.65%,Mn 1.35‑1.50%,P 0‑0.030%,S 0.040‑0.055%,Cr 0‑0.25%,Mo 0‑
0.20%,Al 0‑0.03%,N 0.010‑0.020%,余量为Fe和不可避免的杂质;碳当量满足条件:
Ceq=C+Si/8+Mn/5+Cr/9,Ceq=0.75‑0.81%。
轴用非调质钢的淬透性为:J5mm 47‑52HRC,J9mm 35‑42HRC,J13mm 30‑36HRC;抗拉强度≥
760MPa;伸长率A≥14%;带状组织≤2.0级;布氏硬度为220‑250HBW的性能的非调质钢,可
以使获得的曲轴锻件的贝氏体含量减少,铁素体含量增加,伸长率增大,抗拉强度增强。
带状组织和布氏硬度)更佳。
2%;铁素体含量≥10%;布氏硬度为220‑240HBW。
锻温度为970‑1030℃。冷却:在空气中自然冷却。其中,曲轴由上述曲轴用非调质钢制成。
光体;贝氏体含量≤2%;铁素体含量≥10%;布氏硬度为220‑240HBW等条件的曲轴锻件。
中,避免由于曲轴的旋转质量造成曲轴的离心力平衡负担;另一方面,可以使非调质钢的带
状组织较小,晶粒细小,且淬透性合格,获得的曲轴锻件的铁素体含量较高,基本不出现贝
氏体,满足曲轴的钢强度和刚度性能要求。
47‑52HRC,J9mm 35‑42HRC,J13mm30‑36HRC,抗拉强度≥760MPa,伸长率A≥14%,带状组织
≤2.0级,布氏硬度为220‑250HBW。可以使获得的曲轴锻件的贝氏体含量减少,铁素体含量
增加,伸长率增大,抗拉强度增强。
珠光体,贝氏体含量≤2%,铁素体含量≥10%,布氏硬度为220‑240HBW。可以提高曲轴锻件
承受弯曲、扭转、剪切、抗压等应力的能力,延长使用寿命。
附图说明
范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这
些附图获得其他相关的附图也属于本申请的保护范围。
具体实施方式
议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产
品。
通过下列方式实现的:
0.010‑0.020%,余量为Fe和不可避免的杂质。其中,碳当量满足条件:Ceq=C+Si/8+Mn/5+
Cr/9,Ceq=0.75‑0.81%。
和强度。Mn的含量在1.35‑1.50%,能够起到固溶强化的作用,能够使非调质钢的淬透性较
佳,且使其强度较佳,并能够减少曲轴锻件中出现的贝氏体的量。控制Cr的含量在0‑
0.25%,可以增加非调质钢的淬透性,改善非调质钢的力学性能。控制Mo的含量在0‑
0.20%,可以增加非调质钢的淬透性,改善非调质钢的力学性能,有利于提高韧性,且减少
曲轴锻件中出现的贝氏体的量。
重量百分数可以是:1.35%、1.40%、1.45%或1.50%;P的重量百分数可以是:0.000%、或
0.010%、0.020%或0.030%;S的重量百分数可以是:0.040%、0.045%、0.050%或
0.055%;Cr的重量百分数可以是:0.00%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%或0.25%;Mo的
重量百分数可以是:0.00%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%或0.25%;Al的重量百分数可
以是:0.00%、0.01%、0.02%或0.03%;N的重量百分数可以是:0.010%、0.12%、0.14%、
0.16%、0.18%或0.020%。Ceq的值可以是:0.75%、0.77%、0.79%或0.81%。
0.79%。
显增重,使用其获得的曲轴锻件在使用的过程中,避免由于曲轴的旋转质量造成曲轴的离
心力平衡负担;另一方面,可以使非调质钢的带状组织较小,晶粒细小,且淬透性合格,获得
的曲轴锻件的铁素体含量较高,基本不出现贝氏体,满足曲轴的钢强度和刚度性能要求。
通过观察造渣的情况,并根据经验进行判断,就能够获知精炼的时期。
够随着造渣上浮有效去除。通过控制喂入Al线的时间以及长度,可以避免非调质钢中形成
大量的含Al夹杂物。
避免非调质钢中形成大尺寸的钙铝酸盐类夹杂物。
2.5Hz,末端电磁搅拌参数为590‑610A/3.5Hz,凝固末端轻压下7‑9mm。可以减少成分偏析,
避免铸坯心部出现压下裂纹,提高铸坯质量,使曲轴用非调质钢的均匀性更好。
605A/3.5Hz或610A/3.5Hz;凝固末端轻压下7mm、7.5mm、8mm、8.5mm或9mm。
此反复交替搅拌。例如:先顺时针搅拌10s、12s、14s或15s;再逆时针搅拌8s、9s或10s,如此
反复交替搅拌。
℃、1240℃、1270℃或1280℃,铸坯加热的时间可以是200min、220min、240min或300min。
组织。淬透性的检测方式是:取样按照正火温度860±5℃,然后端部淬火处理后检测圆钢的
淬透性值。力学性能的检测方式是:取样按照1150‑1250℃温度进行加热,然后空冷,检测热
处理样的力学性能(强度、伸长率及布氏硬度)。
度为220‑250HBW。使用本申请实施例提供的曲轴用非调质钢制备曲轴锻件,可以使获得的
曲轴锻件的贝氏体含量减少,铁素体含量增加,伸长率增大,抗拉强度增强。
30HRC、J13mm 32HRC、J13mm34HRC或J13mm 36HRC;抗拉强度可以为760MPa、770MPa、780MPa、
790MPa或800MPa;伸长率A可以为14%、16%、18%、20%或22%;带状组织可以为2.0级或
1.5级;布氏硬度可以为220HBW、230HBW、240HBW或250HBW。
295mm、300mm、305mm或310mm。
1230℃、1240℃、1250℃或1260℃;曲轴加热的时间为30s、32s、34s、36s、38s或40s。
终锻温度为970℃、990℃、1010℃或1030℃。
及力学性能。
体含量可以为2%、1.5%或1%;铁素体含量可以是10%、12%、15%、20%或25%;布氏硬度
可以为220HBW、225HBW、230HBW、235HBW或240HBW。
3,
实施例2 1228 31 锻后空气中自然冷却
实施例3 1247 34 锻后空气中自然冷却
实施例6 1247 34 锻后空气中自然冷却
实施例7 1235 32 锻后空气中自然冷却
对比例1 1251 33 锻后空气中自然冷却
对比例2 1238 37 锻后空气中自然冷却
对比例3 1241 35 锻后空气中自然冷却
对比例4 1231 34 锻后空气中自然冷却
对比例5 1238 33 锻后风机吹20s后空气自然冷却
对比例6 1235 32 锻后空气中自然冷却
对比例7 1235 32 锻后空气中自然冷却
对比例8 1235 32 锻后空气中自然冷却
度860±5℃,然后端部淬火处理后检测圆钢的淬透性值。带状组织的检测方式是:取轧制的
圆钢按照国标检测圆钢1/2半径位置处检测带状组织。
及力学性能。
Mo 0‑0.20%,Al 0‑0.03%,N 0.010‑0.020%,Ceq=0.75‑0.81%;且曲轴用非调质钢的制
备工艺满足:结晶器电磁搅拌参数为620‑640A/2.5Hz,末端电磁搅拌参数为590‑610A/
3.5Hz,凝固末端轻压下7‑9mm。所得的非调质钢的性能满足淬透性为:J5mm 47‑52HRC,
J9mm35‑42HRC,J13mm 30‑36HRC;抗拉强度≥760MPa;伸长率A≥14%;带状组织≤2.0级;布
氏硬度为220‑250HBW。使用上述非调质钢制备曲轴锻件的工艺满足:曲轴加热的温度为
1200‑1260℃,曲轴加热的时间为30‑40s;在空气中自然冷却。所得的曲轴锻件的性能满足
曲轴锻件的抗拉强度≥760MPa;伸长率A≥10%;金相组织包括铁素体和珠光体;贝氏体含
量≤2%;铁素体含量≥10%;布氏硬度为220‑240HBW。
点,淬透性相对小一点。使用其用来制备曲轴锻件,所得曲轴锻件的屈服强度相对小一点,
布氏硬度稍大,超过240HBW;抗拉强度稍小,小于760MPa。
点,带状组织相对大一点。使用其制备曲轴锻件,所得曲轴锻件的屈服强度相对大一点,布
氏硬度稍大,超过240HBW,抗拉强度稍大。
得的曲轴锻件的布氏硬度较大,超过240HBW,且铁素体含量过低,小于10%。
合格,布氏硬度过大,超过240HBW,铁素体含量低,含有较多的贝氏体。
2.0级。使用其制备曲轴锻件,所得曲轴锻件的布氏硬度过大,超过240HBW,铁素体含量较
低,小于15%。
曲轴锻件的布氏硬度过大,超过240HBW,铁素体含量较低,小于15%。
组织过大。使用其制备曲轴锻件,所得曲轴锻件的伸长率不合格,布氏硬度过大,超过
240HBW,铁素体含量低,含有较多的贝氏体。
大,超过240HBW。
测出来,淬透性过高,带状组织较大。使用其制备曲轴锻件,所得曲轴锻件的布氏硬度过大,
超过250HBW,铁素体含量低,含有较多的贝氏体。
的曲轴用非调质钢的偏析控制情况。实施例1提供的曲轴用非调质钢的偏析控制情况优于
实施例4提供的曲轴用非调质钢的偏析控制情况。说明Mn的值过大,或Mn的值过小,均会影
响曲轴用非调质钢的偏析控制情况。
从图2A和图2B对比可以看出,实施例1提供的曲轴锻件的铁素体高于对比例1提供的曲轴锻
件的铁素体。
不同位置(分别为第2、4主轴颈和第2连杆颈,表面往里4mm、6mm和10mm处),纵坐标为布氏硬
度(HBW);图3B为对比例1提供的曲轴锻件不同位置的硬度情况,图3B的横坐标为曲轴的不
同位置(分别为第2、4主轴颈和第2连杆颈,表面往里4mm、6mm和10mm处),纵坐标为布氏硬度
(HBW)。图3A和图3B对比可以看出,实施例1提供的曲轴锻件的硬度控制较好,硬度均匀性
好,对比例1提供的曲轴锻件的硬度控制不好,硬度均匀性不好。
例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的
所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。